DE19736032A1 - Zündverfahren und Zündanordnung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Magnetgenerator verwendet wird, der abhängig von der Maschinen-Drehstellung eine Lade-Wechselspannung für ein Energiespeicherelement induziert, das von einem synchron zur Wechselspannung betätigten Zündschalter zum Auslösen der Zündung entladen wird; dabei wird ein vorzugsweise programmierbares Steuer­ werk zur Betätigung des Zündschalters in Abhängigkeit vom Zustand der Brenn­ kraftmaschine, beispielsweise deren Drehstellung oder Drehzahl eingesetzt und in einen gegenüber Störungen vom Entlade- oder Zündvorgang sicheren und/oder geschützten Zustand versetzt. Ferner betrifft die Erfindung eine insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Zündanordnung mit einem Magnetge­ nerator, der drehzahlabhängig Wechselspannungen induziert und dabei ein Energiespeicherelement lädt, und mit einem die Wechselspannungen abtasten­ den, vorzugsweise programmierbaren Steuerwerk zum Betätigen eines das Ener­ giespeicherelement über die Primärspule eines Zündtransformators entladenden Zündschalters.

Da Steuerwerke, insbesondere wenn sie mit Mikroprozessoren realisiert sind, gegenüber Zündimpulsen hohe Energie und räumlicher Nähe sehr empfindlich sind, ist vorgeschlagen worden (US 4 924 831), an den Steuerausgängen des Mikroprozessorsystems zum Zündschalter Optokoppler anzuordnen. Hierdurch läßt sich ein gewisser Schutz vor rückgekoppelten Störungen aus dem Entlade­ kreis erzielen. Allerdings sind Optokoppler kostspielige Bauelemente. Aus diesem Grund wird bei einem bekannten Kondensator-Entladungszündsystem (EP 0 654 603 A2) vorgeschlagen, das den Zündschalter steuernde Mikroprozessorsystem mit seinen Ein- und Ausgängen für die Dauer des Zündimpulses abzuschalten bzw. "abzudrehen", um das Eindringen von Störungsrauschen vom Zündfunken zu verhindern. Hierdurch wird jedoch nur erreicht, daß die an den Eingängen wäh­ rend der Dauer des Zündfunkens anliegenden Störsignale vom Steuerwerk bzw. der entsprechenden Mikroprozessorsoftware nicht ausgewertet werden und damit nicht als falsche Positionssignale interpretiert werden. Gleichwohl kann die Ener­ gie dieser Störsignale das Mikroprozessorsystem außer Tritt bringen mit der Folge von Zündaussetzern oder falscher Zündzeitpunkte durch Verzählen des Dreh­ zahl-Zeitgebers im Steuerwerk oder von diesem falsch gelesenen Variablen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektronischen Zündungen für Brennkraftmaschinen unter Beibehaltung niedriger Hardware-Kosten die techni­ sche Zuverlässigkeit und Sicherheit zu erhöhen. Zur Lösung wird bei einem Zünd­ verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, den sicheren bzw. geschützten Zustand dadurch herbeizuführen, daß inner­ halb jeder Maschinendrehung das Steuerwerk wenigstens einmal in seinen Aus­ gangszustand zurückversetzt bzw. neu initialisiert wird. Selbst wenn dann aus dem Zündfunken herrührende Störeinflüsse auf das Steuerwerk einwirken kön­ nen, kann dies keine länger nachteiligen Auswirkungen auf das Steuerwerk und damit das Zündsystem haben, weil dieses aus einem gegebenenfalls gestörten bzw. unbestimmten Zustand stets wieder in einem definierten Zustand durch In­ itialisierung zurückversetzt wird, bevor sich wesentliche nachteilige Auswirkungen auf das Zündsystem ergeben.

In besonderer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Steuer­ werk bzw. das entsprechende Mikrocomputersystem in dem Winkel- und Zeitbe­ reich, in dem es Störungen ausgesetzt ist, vom Programmablauf in einen passiven Zustand versetzt, das heißt, Aktionen wie Drehzahlmessung, Auswertung von Positionssignalen etc. werden im Steuerwerk nicht durchgeführt. Mit anderen Worten, alle Nutzaktivitäten des Steuerwerks werden nach außerhalb des durch Zündfunken gestörten Winkel- bzw. Zeitbereichs verlegt. Verspringt sich das Steuerwerk in seinem Steuerungs- bzw. Programmablauf gleichwohl aufgrund einer Störung, kann dies durch eine Neuinitialisierung in der nachfolgenden Ma­ schinenumdrehung wieder unwirksam gemacht werden. Dazu ist es zweckmäßig, daß die Neuinitialisierung möglichst in einem definiertem Winkelbereich oder an einer bestimmten Winkelposition in der Brennkraftmaschine erfolgt. Die Synchro­ nisation auf die Position des Polrades des Magnetgenerators für die dem Zünd­ funken nachfolgende Umdrehung muß ohne Berücksichtigung derjenigen Positi­ onssignale erfolgen, die das Steuerwerk vor der regelmäßigen bzw. periodischen Neuinitialisierung erhalten hat. Dabei ist es anzustreben, daß der Zündvorgang selbsttätig weiterläuft, selbst wenn das Steuerwerk das Ansteuersignal für den Entlade- bzw. Zündschalter vorzeitig beendet. Ferner ist es anzustreben, daß ein aufgrund von Störungen zu langes oder mehrfaches Ansteuersignal vom Steuer­ werk für den Entlade- bzw. Zündschalter keine Auswirkungen hat. Wegen dieser Gesichtspunkte wird auf eine weiter unten beschriebene Erfindungsalternative gemäß Patentansprüche 17-19 verwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kosten für Entstöraufwand einsparen und Entwicklungszeiten verkürzen. Ferner ist ein einfacher, kompakter Aufbau erreichbar, bei dem Leistungsteil, Hochspannungsteil und Steuerung räumlich eng beieinander angeordnet sind, ohne daß ein spürbarer Aufwand für Abschirm- und Entkopplungsmaßnahmen getroffen werden müßte.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Zündanord­ nung, in deren Steuerwerk ein auf Störungen vom Entlade- oder Zündvorgang eingerichtetes Sicherheitsmodul angelegt ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem Sicherheitsmodul zur Neuinitialisierung des Steuerwerks ein Rück­ setzeingang zugeordnet ist, der mit einer vom Steuerwerk unabhängigen Auslö­ seeinrichtung verbunden ist, die zur Ansteuerung bzw. Betätigung durch die Wechselspannung, den Zündschalter und/oder durch den Entladevorgang des Energiespeicherelements ausgebildet ist. Mit dem Ende des durch die Auslöse­ einrichtung angelegten Rücksetzsignals - bei Mikrocomputern das weithin geläufi­ ge RESET-Signal - erfolgt eine Neuinitialisierung des Steuerwerks. Damit ist si­ chergestellt ist, daß dieses vor den Aktivitäten für die nächste Umdrehung sicher definiert arbeitet, und die vorher aufgetretenen Störungen (im wesentlichen durch den davor liegenden Zündfunken) keine Auswirkungen auf die folgende Umdre­ hung der Brennkraftmaschine haben. Wichtig ist, daß die Neuinitialisierung durch ein Ereignis erzeugt wird, welches unabhängig davon eintritt, ob das Schaltwerk korrekt arbeitet oder nicht. Im Sinne der Erfindung ist also das Rücksetzsignal von einer Hardware zu erzeugen, die vom Schaltwerk bzw. einem entsprechenden Mikrocontroller entkoppelt funktioniert.

Das die Neuinitialisierung auslösende Ereignis kann allerdings auch vom Schalt­ werk selbst veranlaßt sein, wobei zweckmäßig auf diesen Vorgang eine zeitliche Verzögerung oder Steuerung einwirkt. Der Eintritt des Ereignisses sollte so gelegt sein, daß der Rücksetzvorgang erfolgt, bevor das Schaltwerk beispielsweise durch einen Zündfunken gestört werden kann. Die periodische Initialisierung ist so ange­ legt, daß sie nach der letzten möglichen Störung durch den Zündfunken und vor Anlauf der Aktivitäten für die nächste Umdrehung ausgeführt wird.

Da die Initialisierungsroutine zweckmäßig an einer bestimmten Position des Pol­ rads des Magnetgenerators oder innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches des Polrades bzw. der Brennkraftmaschine während jeder Umdrehung ausgelöst wird, kann nach dem Ende des Rücksetzsignals und nach der Initialisierungsrouti­ ne die Synchronisation der Steuerungssoftware im Schaltwerk mit der Polradposi­ tion erfolgen, indem beispielsweise ein erstes Merksignal für die Positionserken­ nung gesetzt wird (ähnlich nach DE 40 17 478 C2, dortiger Anspruch 6). Im Rah­ men der Erfindung wird die Auslöse- bzw. Triggereinrichtung für die Neuinitialisie­ rung entweder durch den Zündfunken selbst bzw. dem entsprechenden Entlade­ vorgang des Energiespeicherelements oder durch den Zündschalter oder durch ein periodisches Ereignis wie zum Beispiel das periodische Auftreten der Wech­ selspannungshalbwellen pro Umdrehung aktiviert. Die genannten Ereignisse kön­ nen auch nebeneinander bzw. kumulativ die Neuinitialisierung veranlassen, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit weiter erhöht.

Bei Zündsystemen benötigt die Steuerung eine Information über den Zustand eines Stopschalters, der zum Beenden des Motorbetriebs durch Unterbinden der Zündung angeordnet ist. Die Steuerung muß informiert sein, ob der Stopschalter geöffnet oder geschlossen ist, zum Beispiel um nach kurzem Betätigen des Stop­ schalters den Zündfunken weiterhin abgeschaltet zu halten, bis der Motor eine Drehzahl unterschritten hat, bei welcher der Antrieb eingekuppelt ist. Bei bekann­ ten Systemen erfolgt dies zum Beispiel dadurch, daß der Stopschalter mit dem Eingang der Steuerung über einen Widerstand verbunden ist. Die Steuerung wertet beispielsweise den Spannungsabfall an dem Widerstand aus und steuert entsprechend das Leistungsteil, beispielsweise den Zünd- bzw. Entladeschalter an. Der Kopplungswiderstand muß relativ niederohmig dimensioniert sein, um trotz Verschmutzungs- und Übergangswiderstände die Genauigkeit der Wider­ standsmessung in der Steuerung in Grenzen zu halten. Ferner sind zusätzliche Bauteile wie Dioden und Kondensatoren erforderlich, um den empfindlichen Ein­ gang der Steuerung vor Zerstörung zu schützen. Ein weiterer Nachteil bekannter Lösungen besteht darin, daß innerhalb der Steuerung bzw. des entsprechenden Schaltwerks Analogkomperatoren und/oder Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden müssen, um einen etwaigen Spannungsabfall am Koppelwiderstand zum Stopschalter zu ermitteln. Eine rein digitale Lösung ist deshalb nicht möglich. Schließlich wirkt die von der Steuerelektronik nach außen geführte, hochohmige Leitung wie eine Antenne für hochfrequente Impulse einschließlich der vom Zündfunken, wodurch Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit sowie sogenannte "latch-up"-Probleme auftreten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile und zur Lösung der obigen Aufgabe wird bei einer Zündanordnung mit den eingangs genannten Merkmalen und mit einer Stopeinrichtung zum Unterbinden der Zündung nach einer Erfindungsalternative vorgeschlagen, daß die Stopeinrichtung direkt mit dem Zündschalter und/oder dem Energiespeicherelement in Wirkungsverbindung gesetzt ist. Zweckmäßig wird dabei das Steuerwerk dazu eingesetzt, aus dem Fehlen des Zündfunkens trotz Ansteuerung auf den "Stop-Zustand" zu schließen. Indem also der Stopschal­ ter erfindungsgemäß direkt auf die Leistungselektronik wirkt und dabei im ge­ schlossenen Zustand das Erzeugen eines Zündfunkens unabhängig von der elek­ tronischen Steuerung bzw. dem Schaltwerk verhindert, lassen sich folgende Vor­ teile erzielen: Analoge Baustufen sind nicht mehr erforderlich. Eine Treiberstufe entfällt ebenfalls. Das Schaltwerk bzw. die Steuerung kann mit einfachen digitalen Standardbausteinen kostengünstig und zuverlässig ausgebaut werden. Die elek­ tromagnetische Verträglichkeit ist wesentlich verbessert, da eine Verbindung über einen niederohmigen Kopplungswiderstand von der externen Stopschaltung vom Steuerschaltwerk vermieden ist. Die robuste Leistungselektronik, die direkt mit der Stopschaltung verbunden ist, ist unempfindlich gegenüber der Energie der von der Stopleitung eingespeisten Transienten. Gleichzeitig bedämpft sie diese auf für die Steuerelektronik bzw. das Steuerschaltwerk unkritische Werte. Somit können gesonderte Schutz- und EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) -Bauteile entfal­ len, was die Herstellungskosten erniedrigt und die Zuverlässigkeit weiter erhöht. Auch die Spannungsversorgung kann vereinfacht und kostengünstiger ausgeführt sein, da der Versorgungsspannungsbereich ausschließlich digital realisierter Steuerungen größer und die Stromaufnahme geringer ist. Die Betriebszuverläs­ sigkeit ist außerdem erhöht, weil die Stopschaltung direkt auf das Leistungsteil wirken kann. Wenn beispielsweise das Steuerschaltwerk ausfällt, läßt sich die Brennkraftmaschine gleichwohl abschalten.

In vorteilhaftem Zusammenhang mit dieser Erfindungsalternative steht eine be­ sondere Ausbildung des obigen, erfindungsgemäßen Zündverfahrens, wonach mit jedem Zündvorgang im Steuerwerk ein Initialisierungsflag gesetzt wird, das mit jeder Abfrage zurückgesetzt wird. Durch Setzen dieses Flags beim Abarbeiten der Initialisierungsroutine wird die Information gespeichert, daß ein Zündfunke ausge­ löst wurde. Wenn das Initialisierungsflag nicht gesetzt ist, kann die Steuerung davon ausgehen, daß der Stopschalter geschlossen ist und dadurch der Zündfun­ ke verhindert wurde. Zur Sicherheit wird der Zustand "Stop" erst dann angenom­ men, wenn das Initialisierungsflag mehrere, zum Beispiel vier Umdrehungen in Folge nicht gesetzt ist.

Bei bisherigen Kondensatorzündsystemen wurde außerhalb des Winkelbereiches des Polrades bzw. der Brennkraftmaschine, in dem die zur Kondensa­ tor-Aufladung verwendeten Wechselspannungs-Halbwellen erzeugt werden, der Zündschalter betätigt, um ein Kurzschließen der Wechselspannungs- Halbwellen und damit der Ladeenergie zu verhindern. Dies bedeutet jedoch, daß der für eine Zündung mögliche Winkelbereich der Maschinen-Drehstellung beschränkt ist. Ein weiteres Problem besteht in der Sicherstellung der Brenndauer des Zündfunkens, wenn das Ansteuersignal vom Steuerwerk bzw. Mikrocontroller am Zündschalter während der Kondensatorentladung beispielsweise wegen Störbeeinflussung durch einen Zündfunken abbricht.

Zur Lösung der genannten Problematik und der obigen Aufgabe wird bei einer Zündanordnung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vor­ geschlagen, daß der Betätigungseingang des Zündschalters über ein Differen­ zierglied mit dem Entladestromkreis (Energiespeicherelement, Primärspule des Zündtransformators, Zündschalter), insbesondere dem Energiespeicherelement verbunden ist. Also ist der Entladestromkreis so ausgelegt, daß durch einen kur­ zen Puls vom Steuerwerk bzw. Mikrocontroller die Entladung des Energiespeiche­ relements, insbesondere des Kondensators, gestartet wird und der Entladevor­ gang sich aufgrund des Differenzierglieds bis zur ausreichenden Entladung auf­ recht erhält. Dabei ist es besonders zweckmäßig, daß das Steuerwerk den Zünd­ schalter innerhalb eines Drehwinkelbereichs der Brennkraftmaschine ansteuert, in welchem die Lade-Wechselspannungen induziert werden, wobei unmittelbar nach Beginn des Zündvorganges das Steuerwerk sein Ansteuersignal wieder abschal­ tet. Eine etwaige Störung des Steuerwerks aufgrund des Zündfunkens kann sich dann momentan nicht auswirken und läßt sich durch die obige Neu-Initialisierung vorzugsweise nach Ende des Zündvorgangs wieder heilen. Indem die Entladung des Energiespeicherelements, insbesondere des Zündkondensators, in dem Ma­ schinen-Winkelbereich stattfindet, in dem Wechselspannungs-Halbwellen zum Laden des Energiespeicherelements induziert werden, stehen dem Steuerwerk Positionssignale unmittelbar um den Zündzeitpunkt zur Verfügung. Diese eröffnen Raum für neue Steuerungs- und Regelstrategien zur Zündungssteuerung bei Brennkraftmaschinen.

Nach einer besonderen Ausbildung kann die Beschaltung mit dem Differenzier­ glied so ausgelegt werden, daß das Energiespeicherelement nur so weit entladen wird, als die Entladung auf der Sekundärseite noch eine so hohe Spannung indu­ ziert, daß ein Funkenstrom aufrecht erhalten werden kann. Das Energiespeichere­ lement wird also nicht ganz entladen, so daß eine Vorladung verbleibt. Beim nächsten Ladevorgang der folgenden Maschinenumdrehung ergibt sich eine Auf­ ladung auf eine um so höhere Spannung, wodurch die von der Sekundärspule an die Funkenstrecke abgegebene Energie gesteigert werden kann. Die Beschaltung des Betätigungseingangs des Zündschalters hat zweckmäßig Schwell­ wert-Entscheiderfunktionen, womit das Unterschreiten einer bestimmten Energie Entladekreis detektiert und damit das Betätigen des Zündschalters abgebro­ chen werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Steuerwerk zur Ver­ kürzung des Entladevorgangs und der Funkenbrenndauer eingesetzt werden, indem während des Zündvorgangs mittels des Steuerwerks der Betätigungsein­ gang des Zündschalters in seinem elektrischen Spannungs- bzw. Potentialniveau entsprechend verändert wird. Andererseits ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, daß das Steuerwerk bzw. der Mikrocontroller in Anpassung an den je­ weiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Zündschalter zugunsten einer längeren Funken-Brenndauer ansteuert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei­ bung konkreter Ausführungsbeispiele der Erfindung und den Zeichnungen. Diese zeigen jeweils schematisch in:

Fig. 1 in axialer Teil-Draufsicht die Ausführung des Magnetgenera­ tors mit Zündmodul Z1,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführung des erfindungsgemäßen Zündmoduls,

Fig. 3 u. 4 jeweils elektrische Signalverläufe, aufgetragen über den Drehwinkel des Polrads bzw. der Brennkraftmaschine,

Fig. 5-10b (Block)-Schaltbilder zu weiteren Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Zündmoduls,

Fig. 11 u. 12 elektrische Signalverläufe über die Zeit.

Gemäß Fig. 1 ist ein Polrad P01 angeordnet und mit der Kurbelwelle eines Ver­ brennungsmotors zur synchronen Drehung mit dieser verbunden. Im scheiben­ förmigen Polrad P01 ist im peripheren Bereich ein Dauermagnet MA1 mit Nordpol N und Südpol S eingelassen. Um die jeweiligen Polbereiche N, S herum sind ma­ gnetisch leitenden Polschuhe Kl angebracht. Gegenüber dem Umfang des Polra­ des P01 befindet sich ein auf der Basis einer Kondensatorentladung arbeitendes Zündmodul Z1.

Nach Fig. 2 weist es einen Spulensatz U7 auf, der u. a. zur Spannungsversorgung eines Mikrocontrollers U8 und zur Aufladung eines Zündkondensators U3 dient. Gemäß Fig. 1 kann der Spulensatz U7 mit mehreren Spulen L1, L4 realisiert sein. Mittels eines magnetisierbaren Eisenkerns K2 wird der magnetische Fluß vom Dauermagneten MA1 über die Polschuhe K1 und den Eisenkern K2 durch diese Spulen L1, L4 gelenkt. Im Zündmodul Z1 befindet sich ferner ein Zündübertrager U2, der aus dem Eisenkern K3, der Primärspule L2 und der Sekundärspule L3 besteht. Der Zündübertrager U2 kann auf dem Eisenkern K2 des u. a. den Spulen­ satz U7 umfassenden Ladeteils LD mit angeordnet sein. Mit anderen Worten, der Eisenkern K2 gemäß Fig. 2 entspricht den in Fig. 2 symbolisch dargestellten Ei­ senkernen K2 des Spulensatzes U7 und K3 des Zündübertragers U2. Die kom­ plette Elektronikbaugruppe U20 ist nach Fig. 1 im Zündmodul Z1 integriert. Sie besteht nach Fig. 2 aus dem mit den Ladespulen L1, L4 verbundenen Gleichrich­ tern U5, U6, den mit diesen Spulen jeweils verbundenen Zündkondensator U3 und Zündschalter U4 (der den Entladestrom gegen Masse leitet), den zwischen Zündkondensator U3 und Zündtransformator U2 geschalteten Impulsformer U11 nebst ausgangsseitig angeschaltetem Verzögerungsglied U12 und dem Mikrocon­ troller U8, der eingangsseitig u. a. mit den Impulsformern U10, U11 und der Stromversorgung U9 und ausgangsseitig mit dem Betätigungseingang des Zünd­ schalters U4 verbunden ist. Die weitere Impulsformerstufe U10 ist mit dem La­ de-Spulensatz U7 eingangsseitig verbunden.

Wie in Fig. 3 im Falle der Ein-Weg-Gleichrichtung veranschaulicht, ändert sich durch die Drehung des Polrades P01 der magnetische Fluß und induziert in den Spulen L1, L4 eine elektrische Spannung mit dem Signalverlauf S1 und den drei Halbwellen I, II und III (vgl. Fig. 3a). tp bezeichnet die Zeit für eine Umdrehung des Polrades, und P1 . . . P7 markieren einzelne Drehstellungen des Polrades P01. Die Signale S1.1-S 1.4 und S 1.11 gemäß Fig. 3b-f zeigen zu Impulsen geformte Positionssignale, abgeleitete aus den induzierten Spannungshalbwellen I, II, III Diese Positionssignale werden vom Mikrocontroller U8 zu Zwecken der Steuerung und Regelung der Zündung weiterverarbeitet. Das Signal S 4.1. gemäß Fig. 3g gibt den Verlauf am Verbindungsknoten zwischen dem Zündschalter U4 und dem Zündkondensator U3 wieder.

In Fig. 4 ist eine Zwei-Weg-Gleichrichtung dargestellt, wobei Fig. 2a-b die positi­ ven Spannungshalbwellen I, III nebst daraus abgeleiteten, zu Impulsen geformten Positionssignalen wiedergeben. Fig. 4e-4i zeigen die in die positive Polarität transformierte, an sich negative Spannungshalbwelle nebst daraus abgeleiteten, zu Impulsen geformten Signalen S 3.1. - S 3.21. Fig. 4k-m geben den Span­ nungsverlauf am Verbindungsknoten zwischen Ladekondensator U3 und Zünd­ schalter U4 wieder.

Aus dem Spulensatz U7 wird über den Gleichrichter U5 der Zündkondensator U3 aufgeladen. Je nach Ausführung werden entweder bei Ein-Weg-Gleichrichtung die Halbwellen I und III oder alternativ nur die Halbwelle II oder bei Zwei-Weg-Gleich­ richtung alle Halbwellen I-III zur Aufladung verwendet. Bei Verwendung einer Zwei-Weg-Gleichrichtung (vgl. Fig. 4) liegen am Spulenanfang bzw. -ende die Signale S2 und S3 an. Die Spannungsversorgung für den Mikrocontroller U8 wird auf gleiche Weise erzeugt. Die pulsierende Gleichspannung nach dem Gleichrich­ ter U6 wird vom Siebglied U9 gepuffert, geglättet, begrenzt und dem Mikrocontrol­ ler U8 zugeführt. Die Aufladung des Zündkondensators verläuft bei Ein-Weg-Gleichrichtung und Ausnutzung der Halbwelle II entsprechend dem Si­ gnal S4.1 in Fig. 3g, bei Zwei-Weg-Gleichrichtung entsprechend dem Signal S4.0 in Fig. 4k. Mit dem Ansteuern des Zündschalters U4 wird der Zündkondensator U3, der parallel an die Primärspule des Zündübertragers U2 gelegt ist, nach Mas­ se durchgeschaltet. Aufgrund des entstehenden Stromflusses entsteht in der Se­ kundärspule L3 ein Hochspannungspuls, welcher einen Funkenüberschlag an der Zündkerze ZK1 auslöst. Der Mikrocontroller U8 hat die Aufgabe, den Zündschalter U4 in der den jeweiligen Betriebsverhältnissen (z. B. Drehzahl) entsprechenden Winkelposition des Polrades P01 anzusteuern, was den jeweiligen Zündzeitpunkt ergibt. Die Information über die Winkelposition des Polrades P01, die Drehzahl, die Drehrichtung und die momentane Winkelgeschwindigkeit erhält die Steuerung aus den induzierten Wechselspannungen I-III der Spulen, vorzugsweise des Ladespulensatzes U7. Zur Anpassung des Pegels dient der Impulsformer U10 der zwischen den Spulen und dem Mikrocontroller U8 zwischenzuschalten ist. Je nach Ausführung des Impulsformers U10 wird aus dem Ladespulensignal S1 (vgl. Fig. 3a) bei Ein-Weg-Gleichrichtung) oder S2 und S3 (Fig. 4a) und e) bei Zwei-Weg-Gleichrichtung) das Signal S1.x oder S2.x/S3.x an die Steuerung ange­ legt. Die Flanken dieser Signale kennzeichnen bestimmte Positionen der induzier­ ten Spannung S1 und somit bestimmte Polradpositionen Px. Aus der zeitlichen Folge und den Abständen dieser Flanken stehen oben genannte Informationen den Mikrocontroller U8 zur Verfügung. Über den weiteren Impulsformer U11, der eingangsseitig den Verbindungsknoten zwischen Zündkondensator U3 und Zündübertrager U2 abtastet, erhält der Mikrocontroller Informationen über den Ablauf des Entladevorgangs im Primärschwingkreis U2, U3.

Bei üblichen, programmierbaren Mikrocontrollern kann durch ein Signal (je nach Typ low- oder high-Signal) von extern der Programmzähler auf eine definierte Adresse gesetzt werden. An dieser Adresse wird die Routine für die Initialisierung bzw. das "Aufsetzen" des Mikrocontrollers und seiner internen Software gesetzt. Weiterhin werden durch dieses Signal die Ein- und Ausgänge sowie interne Peri­ pheriebausteine definiert gesetzt und gehalten. Diese Funktion kann durch (ggf. gestörte) Software vom Mikrocontroller nicht unterbunden werden, d. h. selbst wenn der Mikrocontroller durch Störungen außer Tritt geraten ist, wird diese Funk­ tion ausgeführt. Der Anschluß für dieses Signal wird üblicherweise mit "RESET" bezeichnet und dient im übrigen zum Initialisieren der Steuerung -nach dem Auf­ bau der Versorgungsspannung.

Gemäß Fig. 2 wird das Signal "RESET" über den Impulsformer U11 als Folge des Ansteuerns des Zündschalters U3 erzeugt. Mit dem Ende des Zündfunkens endet auch das "RESET"-Signal. Entsprechende Signale liegen an den Bauelementen des Entladestromkreises sowie an Spulen, die mit der Primärspule L2 magnetisch gekoppelt sind. Durch "RESET" aufgrund der Ansteuerung durch den Impulsfor­ mer U11 werden die Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in einen definierten Zustand gesetzt und während der Dauer des Zündfunkens in diesem gehalten. Allerdings wird hierdurch auch das Ansteuersignal vom Mikrocontroller U8 zum Zündschalter U4 beendet. Damit der Entladevorgang trotzdem weiter abläuft, sind Maßnahmen zu dessen Aufrechterhaltung notwendig (siehe unten). Mit dem Ende des RESET-Signals erfolgt eine Neuinitialisierung des Mikrocontrollers U8, womit sichergestellt ist, daß dieser vor den Aktivitäten für die nächste Umdrehung (siehe Tabelle unten) sicher definiert arbeitet und somit jegliche aufgetretenen Störungen (im wesentlichen durch den davor liegenden Zündfunken) keine Auswirkungen auf die folgenden Umdrehungen haben. Gemäß Fig. 2 ist am Ausgang des Impulsfor­ mers U11 zum Mikrocontroller U8 noch ein Verzögerungsglied U12, beispielswei­ se Kondensator, parallel geschaltet, wodurch das Andauern des RESET-Signals noch weiter verlängert werden kann.

Gemäß Fig. 5 entsteht beim Durchschalten des Zündschalters U4 an dem Ver­ bindungsknoten zwischen dem Zündschalter U4 und dem Zündkondensator U3 ein Spannungssprung (siehe Signal S4 an Position P2 in beispielsweise Fig. 4k) von ca. 250 Volt auf 0 Volt. Über den Impulsformer U11 entsteht somit ein Low-Signal S4.01 (vgl. Fig. 4l) am RESET-Pin des Mikrocontrollers U8.

Gemäß Fig. 2 entsteht am Primäranschluß des Zündübertragers U2 durch den aus Primärspule L2 und Zündkondensator U3 gebildeten Schwingkreis eine abklin­ gende Wechselspannung. Von dieser gelangen die negativen Halbwellen über den Impulsformer U11, der gemäß Fig. 2 in die Verbindung zwischen Zünd­ kondensator U3 und Zündübertrager U2 eingefügt ist, auf den RESET-Eingang des Mikrocontrollers U8. Durch den nachgestalteten Kondensator U12 als Ver­ zögerungsglied wird sichergestellt, daß das Signal am RESET-Eingang des Mi­ krocontrollers U8 während der Dauer des Zündfunkens aktiv bleibt und somit den Mikrocontroller in einem definierten Zustand hält. Somit beginnt die Neu- Initialisierung des Mikrocontrollers erst sicher nach der Funkenbrenndauer. Diese Option läßt sich auch in der Ausführung nach Fig. 5 einsetzen.

Gemäß Fig. 6 werden durch die Drehbewegung des Polrades P01 mit seinem Permanentmagneten MA1 in der Ladespule L1 und der gegebenenfalls vorhande­ nen Triggerspule L4 des Ladeteils Wechselspannungen S1 erzeugt die innerhalb eines aufbautypischen Frequenzspektrums liegen. Durch die Entladung des Zündkondensators U3 über die Primärspule L2 des Zündübertragers U2 entste­ hen höherfrequentere Wechselspannungen. Dies gilt vor allem für Zündsysteme, bei welchen die Lade- und Zündübertrager-Spulen auf einem gemeinsamen Ei­ senkern angeordnet sind (vgl. Fig. 1). Mittels eines einen Gleichrichter aufweisen­ den Hochpasses U11 werden diese höherfrequenten Wechselspannungen gemäß Fig. 6 abgetrennt und gleichgerichtet dem RESET-Anschluß des Mikrocontrollers 8 zugeführt. Durch das zusätzliche Verzögerungsglied U12, das mit dem Mikrocon­ troller U8 parallel am Ausgang des Hochpasses U11 angeschaltet ist, kann das RESET-Signal um die Dauer des Brenn- bzw. Zündvorgangs in der Zündkerze ZK1 verlängert werden, wobei das RESET-Signal aktiv gehalten ist. Die Initialisie­ rung erfolgt somit sicher nach dem Ende des Zündvorganges.

Gemäß Fig. 7 wird zur Ableitung des RESET-Signals für den Mikrocontroller U8 die induzierte Spannung vom Lade-Spulensatz U7 (Lade- oder Triggerspule L1, L4) verwendet. Der Eingang des Impulsformers U11, der ausgangsseitig mit dem RESET-Eingang des Mikrocontrollers U8 verbunden ist, tastet diese Spannung durch Impulsformung ab. Die Verarbeitung kann, wie aus Fig. 3f, Signal S1.11 oder Fig. 4, Signale S 3.21, 3.3 ersichtlich, in der Impulsformung erfolgen. Gemäß Fig. 7 und Ablaufbeispiel "a" gemäß weiter unten stehender Tabelle 1 gelangt die ansteigende Flanke der Halbwelle II (Signal S1 in Fig. 3a) über die Impulsformer­ stufe U11 als Signal S11 auf den RESET-Anschluß des Mikrocontrollers U8. In diesem Beispiel ist der RESET-Eingang bei High-Pegel aktiv. Somit dauert der RESET-Zustand von der Position P3 bis zur Position P4 (siehe Fig. 3a oder 4a), und die Neuinitialisierung erfolgt unmittelbar nach Position P4. Das die Neuinitia­ lisierung auslösende Ereignis ist also ein Spannungspuls, welcher vom Flußwech­ sel des Dauermagneten MA1 im rotierenden Polrad P01 periodisch pro Umdre­ hung nach dem Zündfunken und vor der nächsten Mikrocontroller-Aktivität im Spulensystem induziert wird.

Allerdings besteht bei dieser Neuinitialisierungsmethode die Gefahr, daß der Mi­ krocontroller aufgrund von Störungen vom Zündfunken bis zum Beginn der Neui­ nitialisierung undefiniert arbeitet. Beispielsweise könnte er - unabhängig von der programmierten Software - den Zündschalter angesteuert halten, bis die Initialisie­ rung erfolgt. Hierdurch würde der Zündschalter länger als zur Zündung notwendig leiten und ein Teil der in der Ladespule in L1 induzierten Spannung würde durch den Zündschalter U4 kurzgeschlossen werden.

Zur Abhilfe wird gemäß Fig. 8 eine Differenzierstufe U14 eingesetzt, die zwischen dem Zündschalter-Betätigungsausgang des Mikrocontrollers U8 und dem Betäti­ gungseingang des Zündschalters U4 eingefügt ist. Die Innenschaltung mit Thyri­ stor Thy, antiparalleler Diode D und Widerstand R142 ist in Fig. 8a wiederge­ geben. Die Innenschaltung des Differenzierglieds U14 mit in Serie geschalteter Diode D140, mit Kondensator C140 und Widerstand R141 sowie dem weiteren Widerstand R140 zwischen Kondensator und Diode gegen Masse ist aus Fig. 8b ersichtlich. Mit dieser Schaltungsanordnung wird das Betätigungssignal des Mi­ krocontrollers U8 für den Zündschalter U4 auf die zur Entladung des Zündkon­ densators U3 notwendige Zeit begrenzt. Die Ansteuerzeit für den Zündschalter U4 läßt sich über die Ladezeit des Kondensators C140, beeinflußt von dem Serienwi­ derstand R141, anpassen. Um auch ein mehrfaches Ansteuern bis zur nächsten Initialisierung des Mikrocontrollers U8 zu verhindern, wird über den Quer-Widerstand R140 zur Masse eine langsame Entladung des Kondensators C140 eingestellt, in dem der Quer-Widerstand R140 sehr viel größer als der Seri­ enwiderstand R141 dimensioniert wird. Die Entladezeit von dem Kondensator C140 wird so groß ausgelegt, daß dieser bis zur Initialisierung des Mikrocontrol­ lers U8 nicht soweit entladen werden kann, als daß der Zündschalter U4 durch den Mikrocontroller U8 angesteuert werden könnte. Andererseits wird die Entlade­ zeit von dem Kondensator C140 wiederum so kurz gehalten, daß selbst bei höchster Drehzahl ab Initialisierung des Mikrocontrollers bis zum folgen­ den Zündfunken dieser Kondensator C140 genügend entladen ist, damit Mikro­ controller U8 den Zündschalter U4 wieder sicher an steuern kann. Die vor dem Knotenpunkt zwischen dem Kondensator C140 und dem Quer-Widerstand R140 eingefügte Diode D140, an die der Betätigungsausgang des Mikrocontrollers U8 unmittelbar anliegt, bietet Schutz davor, daß der Mikrocontroller bei einer eventuel­ len Fehlfunktion über seinen Ausgangstransistor den Quer-Widerstand R140 nach Masse kurzschließt und somit den langsamen Entladevorgang des Kondensators C140 verkürzt.

Da mit dem Ende des RESET-Signals die interne Peripherie des Mikrocontrollers freigegeben wird, läuft gleichzeitig auch ein interner Zeitgeber an. Bei Verwen­ dung eines Positionssignals zur Initialisierung kann somit gleichzeitig ein Hard­ ware-Start der Drehzahlmessung vorgenommen werden, wie aus den anhand der Tabelle 1 dargestellten Ablaufbeispielen a, b, c hervorgeht.

Wie bereits eingangs angedeutet, liegt es im Rahmen der Erfindung, die Steue­ rungsaktivitäten des Mikrocontrollers U8 in einen störungsfreien Winkelbereich zu legen. Das bedeutet, daß die Funktionen des Mikrocontrollers außerhalb des Be­ reiches, in dem Störungen durch den Zündvorgang (Funkenüberschlag und Brenndauer) auftreten können, stattfinden. Damit lassen sich Störungen des Mi­ krocontrollers bei seinen Steuerungsaktivitäten verhindern. Das Verfahren läßt sich auch auf Mehrzylindermotoren übertragen. Hier ist im Ablauf zu berücksichti­ gen, daß bei Zündung weiterer Zylinder ebenfalls keine Mikrocontroller-Aktivitäten erfolgen, und nach einer Zündung eines benachbarten Zylinders ebenfalls eine Neu-Initialisierung erfolgt.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind Beispiele für den Ablauf von Mikrocontrol­ ler-Aktivitäten innerhalb einer Umdrehung tp bei einem Ein-Zylinder- Motor dar­ gestellt, wobei die Aktionen im Wesentlichen an bestimmte Winkelpositionen (P. . .) bzw. Winkelbereiche gebunden und einzelne Zeitpunkte (T. . .) zusammenfallen können, z. B. t3 = t5, t10 = t8 usw.:

Tabelle 1

Ablauf während einer Umdrehung

1 Drehzahlmessung: (t1-t2)
2 dann Verstellwinkelermittlung/­ Verzögerungszeit ermitteln entsprechend Verstellkurve (t3-t4)
3 Verstellzeit ablaufen lassen, wobei spätester Punkt für Verstellzeit = Fix Zündzeitpunkt: (t7)
4 dann Entladeschalter ansteuern, als Folge entsteht kurz darauf der Zündfunke und die damit verbundenen Störsignale (t8-t9)
5 Initialisierung (vor Aktivitäten für nächste Umdrehung) (t10-t11)
tx Pulsbreite für Ansteuerung von Entladeschalter U4
ty Zeitverzug zwischen Beginn des Ansteuersignals von U8 (pC) an U4 (Entladeschalter) bis zum Anstehen des Signals am RESET-PIN von U8 (µC)
tz Impulsdauer des Signals am RESET-PIN.
Gemäß Fig. 9 ist das Zündmodul Z1 mit einem externen Stopschalter U13 ver­ sehen, der mit dem Betätigungseingang des Zündschalters U4 direkt verbunden ist. Der Stopschalter U13 wirkt also auf die Leistungselektronik und verhindert im geschlossenen Zustand das Erzeugen eines Zündfunkens, unabhängig davon, ob der Mikrocontroller U8 den Zündschalter U4 betätigt oder nicht. Trotz der in der Praxis auftretenden Störgrößen, symbolisiert durch die Verschmutzungs- und Übergangswiderstände RP und RS im Bereich des Stopschalters U13, läßt sich in Verbindung mit der geringen Impedanz des Verbindungsknotens zum Betäti­ gungseingang des Zündschalters U4 erreichen, daß bei offenem Stopschalter U13 der Zündschalter vom Mikrocontroller U8 sicher angesteuert werden kann. Umge­ kehrt ist gewährleistet, daß trotz Ansteuerpuls von dem Mikrocontroller U8 bei geschlossenem Stopschalter der Zündschalter U4 nicht durchschaltet. Gemäß Fig. 9 ist die Verbindungsleitung vom Stopschalter U13 über den Reihenwider­ stand Rvs mit dem Betätigungsausgang des Mikrocontrollers U8 verbunden. Des­ sen Ausgänge sind robuster wie seine Eingänge gegenüber Spannungsspitzen. Der Betätigungseingang des Zündschalters U4 (Gate-Anschluß am Thyristor oder Triac) begrenzt zudem Spannungsspitzen am Stopschalteranschluß.

Bei einem Kondensator-Zündsystem mit Wechselstrom-Entladung wird die Ener­ gie vom Zündkondensator U3 gemäß Fig. 11, Signal S6 (Spannung an der Pri­ märspule L2) und Signal S5 in Fig. 11 (Strom in der Primärspule L2) auf die ma­ gnetisch gekoppelte Sekundärspule L3 des Zündübertragers U2 übertragen. Übli­ cherweise erfolgt dies über mehrere Perioden tp2 des Signals S5 gemäß Fig. 11 eines gedämpften, sinusförmigen Wechselstromes. Bekannt ist die Verwendung eines Thyristors Thy mit Antiparalleldiode (vgl. Fig. 8a) als Zündschalter U4. Der Thyristor Thy leitet die negativen Wellen I, III, V von S5, die Antiparalleldiode D die positiven Halbwellen II, IV, VI vom Signal S5. Einmal angesteuert, bleibt der Thyristor Thy auch nach Ende des Ansteuer- bzw. Betätigungssignals beispiels­ weise vom Mikrocontroller U8 selbsttätig leitend bis zum nächsten Nulldurchgang bzw. Polaritätswechsel des Stromes. Der Thyristor muß also zu Beginn jeder Pe­ riode tp2 mit einem Impuls aufs Neue eingeschaltet werden oder - wie an sich bekannt - mit einem Signal S7.1 (vgl. Fig. 1 1) vom Mikrocontroller U8 während des Zündvorgangs durchgehend angesteuert sein. Bei Störbeeinflussung des Mikro­ controllers U8 aufgrund Funkenüberschlags an der Zündkerze, was beim Signal S7 im oder kurz nach dem Zeitbereich td2 (vgl. Fig. 11) erfolgen kann, besteht die Gefahr des Abbruchs des Ansteuer- bzw. Betätigungssignals S7 aus dem Mikro­ controller U8. Es würde nur eine Periode tp2 lang Energie vom Primärkreis des Zündübertragers U2 in dessen Sekundärkreis übertragen werden und somit der Zündfunke nur für diese Zeit andauern, was zu einer unerwünschten Brenndauer­ verkürzung führt.

Zur Abhilfe ist gemäß Fig. 10 der Entladekreis so ausgelegt bzw. beschaltet, daß mit einem kurzen Impuls vom Mikrocontroller U8 die Entladung des Zündkon­ densators U3 ausgelöst wird, und der Entladevorgang sich selbst aufrecht erhält, bis der Zündkondensator U3 entladen ist. Gemäß Fig. 10a ist die Beschaltung des Zündschalters U4 an seinem Betätigungseingang (verbunden mit Betätigungsaus­ gang des Mikrocontrollers U8) so ausgelegt, daß die angestoßene Wechsel­ strom-Entladung des Zündkondensators U3 über den Zündschalter U4 zu Beginn jeder Periode tp2 gemäß Fig. 11 aufs Neue ausgelöst wird. Gemäß Fig. 10a weist der Zündschalter U4 einen Thyristor Thy mit Antiparalleldiode D auf. Innerhalb jeder Periode tp2 der Wechselstrom-Entladung wird jeweils die erste Halbwelle I vom Thyristor Thy durchgeschaltet, während die zweite Halbwelle II von der anti­ parallel zum Thyristor geschalteten Diode D geleitet wird. Die Ansteuerung bzw. Einschaltung des Thyristors Thy zu Beginn der jeweils ersten Halbwelle I, III, V jeder Periode tp2 erfolgt durch einen Kondensator, der die Anode des Thyristors Thy mit dessen Gate verbindet. Dieser Kondensator kann gemäß Fig. 10a extern als Bauelement C4110 zugeschaltet werden; bei entsprechender Auslegung ge­ nügt auch ein interner parasitärer Kondensator C4100 im Thyristor Thy (vgl. Fig. 10b). Nach Beginn des durch den Mikrocontroller U8 initierten Wechselstroms- Entladevorganges (vgl. in Fig. 11 Position P2 und Ladespannung UL) entsteht bei Beginn jeder ersten negativen Halbwelle III, V jeder folgenden Periode tp2 an dem geöffneten Schalter U4 (Signal S4.11 in Fig. 11) bzw. an der Anode des Thyristors Thy jeweils ein positiver Spannungs-Nadelimpuls IMP1, IMP2, IMP3. Diese steilen Spannungsimpulse verursachen über den als Differenzierglied wirkenden Koppel­ kondensator C4110 Stromimpulse IMP1.1, IMP2.1 und IMP3.1 (vgl. Signal S7.2 in Fig. 11 unten) am Steuereingang des Zündschalters U4 bzw. am Gate des Thyri­ stors Thy. Also wird über diesen Koppelkondensator, dem bei Bedarf ein Reihen­ widerstand R4110 zur Strombegrenzung zugeschaltet sein kann, der Thyristor bei einem positiven Spannungsimpuls mit jeder Periode tp2 der Wechsel­ strom-Entladung zu Beginn der ersten Halbwelle (Signal S5 III, V) eingeschaltet. Innerhalb der jeweils ersten negativen Halbwellen I, III, V bleibt der Thyristor also leitend. Die jeweils zweite Halbwelle II, IV, VI wird von der antiparallel zum Thyri­ stor Thy geschalteten Diode D geleitet. Beim Ladevorgang des Zündkondensators U3 durch die Ladespule L1 steigt die Spannung an der Anode des Thyristors Thy sehr viel langsamer an (siehe die positive Flanke im Signal S4.1 in Fig. 3), so daß in diesem Fall der Strom durch den Koppelkondensator C4110 sehr viel geringer ist, und somit der Thyristor Thy nicht durchgegeschaltet wird. Da die Wechsel­ strom-Entladung im Primärkreis L2, U3, U4 gedämpft stattfindet ist der erste Im­ puls Imp1 wesentlich größer als der zweite, und der zweite Impuls Imp2 wesent­ lich größer als der dritte Imp3. Denn bei der Wechselstromentladung fällt die im Schwingkreis U3, L2 vorhandene Energie von Periode zu Periode ab (gedämpfte Schwingung). Dies ist auf den Energieentzug mit dem Zündfunken zurückzufüh­ ren, der über die mit der Primärspule L2 gekoppelten Sekundärspule L3 stattfin­ det. Der Spannungspuls am Beginn jeder Entladeperiode tp2 wird also immer schwächer, somit auch der Stromimpuls Imp1.1, Imp2.1, Imp3.1 durch den Kop­ pelkondensator C4110 oder C4100 zum Steuer- bzw. Betätigungseingang des Zündschalters U4. Je nach entsprechender Abstimmung oder Dimensionierung der Beschaltung gemäß Fig. 10a und/oder Fig. 10b wird der Thyristor Thy nicht mehr durchgeschaltet, wenn die Energie im Schwingkreis unter eine gewisse Schwelle gesunken ist. Dadurch wird der Schwingungsvorgang beendet, und die Restenergie liegt als Spannung am Zündkondensator U3 an. Im gezeichneten Beispiel in Fig. 11 ist der Spannungsimpuls Imp3 zu gering. Deshalb fließt nur ein geringer Steuerstrom Imp3.1 durch den Koppelkondensator G4110, so daß der Thyristor Thy nicht durchschaltet. Die im Schwingkreis vorhandene Energie bleibt Zündkondensator U3 gespeichert (Vorladung Uv als Signal S4.11 gemäß Fig. 11).

Im Rahmen der Steuerung durch den Mikrocontroller kann die Entladeenergie zugunsten einer höheren Sekundärspannung und einem verstärktem Funken­ strom oder zugunsten einer längeren Brenndauer verschoben werden. Dies erfolgt durch Umschalten des am Steuereingang des Zündschalters U4 angeschlosse­ nen Ausgangs des Mikrocontrollers U8 vom hochohmigen Zustand auf Masse. Dadurch kann ein Teil des Stromimpulses durch den Koppelkondensator C4110 gemäß Fig. 10a nach Masse abgeleitet werden. Folglich kann der notwendige Spannungshub, welcher am Zündschalter U4 auftreten muß, damit dieser bzw. der Thyristor Thy durchschaltet, vergrößert werden. So kann, wenn dieser Span­ nungshub nicht erreichbar ist, der Entladevorgang früher abgebrochen werden wobei der Zündkondensator U3 nicht ganz entladen wird und die Funkenbrenn­ dauer sich verkürzt. Die Restenergie bleibt als Vorladung im Zündkondensator U3 erhalten. Im nächsten Ladevorgang wird dieser auf eine noch höhere Spannung aufgeladen, wodurch auch die entsprechende Sekundärspannung erhöht ist. Bei bisher bekannten Zündsystemen sind die Parameter, Sekundärspannung und Brenndauer durch den Aufbau fest vorgegeben. Mit der Erfindung wird die Mög­ lichkeit eröffnet, diese Parameter zu variieren.

Wenn nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zündkondensator U3 in einem Winkelbereich (z. B. Polradposition P2 in Fig. 3 oder 4) entladen wird, in welchem dieser von der Ladespule L1 zugleich aufgela­ den wird, fließt außer dem Primärstrom (Signal S6 in Fig. 11) der Strom S8.12 der Ladespule L1 (vgl. Fig. 12 unten) über den Zündschalter U4 nach Masse. Der sich ergebende Summenstrom durch den Zündschalter U4 ist als Signal S7.12 in der Mitte in Fig. 12 dargestellt. Unterschreitet der Summenstrom die Null-Linie nicht mehr, bzw. findet kein Polaritätswechsel mehr statt (vgl. Signal S7.12, VII, VIII) bleibt der Zündschalter U4 bzw. dessen Thyristor Thy leitend. Also läßt sich die Energie aus der Ladehalbwelle, erzeugt durch die Ladespule L1 im Ladeteil, nicht mehr zur Ladung des Zündkondensators U3 nutzen (vgl. Kondensatorspannung S4.12 in Fig. 12 oben).

Demgegenüber wird mit einer besonderen, erfindungsgemäßen Ausbildung Abhil­ fe geschaffen: Der Zündschalter U4 wird nur eingeschaltet, solange ein bestimmter Grad an Energie im Primärschwingkreis L2, U3 nicht unterschritten wird, das heißt, solange ein bestimmter Primärstrompegel vorherrscht. Aufgrund des diffe­ renzierenden Koppelkondensators C4110 von der Anode zum Gate des Thyristors wird dieser allerdings nur eingeschaltet, wenn der Entladestrom (Summe des Stromes von der Ladespule L1 und der Primärspule L2) den Nullpunkt mit ausrei­ chender Steilheit unterfährt bzw. einem entsprechenden Polaritätswechsel unter­ liegt. Dies erfolgt im Beispiel nach Fig. 12 beim Signal S7.13 beim Übergang von der negativen Halbwelle IV zur positiven Halbwelle V. Beim weiteren Polaritäts­ wechsel V-VI wird der Thyristor abgeschalten. Aufgrund spezifischer Auslegung des differenzierenden Koppelkondensators C4110 nebst zugehörigem Reihenwi­ derstand R4110 läßt sich erreichen, daß gemäß Signal S7.3 der Zündschalter U4 abgeschalten bleibt, so daß mit Ende der Halbwelle VI der Strom gemäß Signal S7.13 in Fig. 12 unterbrochen bleibt. Ohne spezifische Auslegung des Differen­ ziergliedes würde sich ein Stromverlauf nach Signal S7.12 ergeben, wobei mit Polaritätsübergang VI-VII der Zündschalter U4 bzw. der entsprechende Thyristor Thy wieder eingeschalten würde. Da der Strom-Nullpegel nicht mehr unterschrit­ ten wird, wie aus Signal S7.12 ersichtlich, fände ein Abschalten des Entladevor­ ganges nicht statt. Die entsprechende Energie würde gleichsam vergeudet wer­ den und nicht als Spannung für die nächste Zündung am Zündkondensator U3 zur Verfügung stehen (wie auch anhand Signal S4.12 in Fig. 12 oben und des Lade­ spulenstroms S8.12 durch den Zündschalter U4 in Fig. 12 unten veranschaulicht). Demgegenüber wird gemäß Signalverlauf S7.13 der Strom der Ladespule L1 nur während einer verhältnismäßig kurzen Wechselstrom-Entladung (ca. 50. . .300µs) gegen Masse kurzgeschlossen. Mit Abschluß der letzten Schwingungshalbwelle VI kann die Ladespule L1 noch innerhalb der gleichen, vom Polrad P01 induzier­ ten Halbwelle I den Zündkondensator U3 nachladen. Dies ist in Fig. 12 oben beim Signal S4.13 nach dem Impuls Imp3 veranschaulicht. Das Signal S4.13 stellt eine gedehnte Darstellung des Signal S4.0 in der Polradposition P2 gemäß Fig .4 dar. Das Signal S4.01 stellt die Neuinitialisierung über den RESET-Eingang am Mikro­ controller U8 dar (Vergrößerung X S4.01). Das Signal S4.0 gemäß Fig. 4 stellt die Spannung am Zündschalter (Knoten zum Zündkondensator) dar, wobei im Be­ reich P2-P3 der erfindungsgemäß erzeugte Anstieg ersichtlich ist.

Claims (19)

1. Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, unter Verwendung eines Magnet­ generators (P01), der abhängig von der Maschinen-Drehstellung eine Lade- Wechselspannung (I-III) für ein Energiespeicherelement (U3) induziert, das von einem synchron zu der Wechselspannung (I-III) betätigten Zünd­ schalter (U4) zum Auslösen der Zündung entladen wird, wobei ein vorzugs­ weise programmierbares Steuerwerk (U8) zur Betätigung des Zündschalters (U4) in Abhängigkeit vom Zustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise deren Drehstellung oder Drehzahl, eingesetzt und in einen gegenüber Stö­ rungen vom Entlade- oder Zündvorgang sicheren und/oder geschützten Zustand versetzt wird, gekennzeichnet durch eine Herbeiführung des si­ cheren Zustands dadurch, daß innerhalb jeder Maschinendrehung das Steuerwerk (U8) wenigstens einmal in seinen Ausgangszustand zurückver­ setzt beziehungsweise neu initialisiert wird.

2. Zündverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Initialisierung außerhalb des Zündzeitraums und/oder unmittelbar nach En­ de des Zündvorgangs gestartet wird und/oder stattfindet.

3. Zündverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzaktivitäten des Steuerwerks (U8) nur außerhalb des oder der Zündzeit­ räume und/oder unmittelbar nach Ende des oder der Zündvorgänge zuge­ lassen werden.

4. Zündverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neuinitialisierung des Steuerwerks (U8) bei vorbestimmter Drehstellung und/oder in einem bestimmten Winkelbereich der Brennkraftmaschine er­ folgt.

5. Zündverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit jedem Zündvorgang im Steuerwerk (U8) ein Initiali­ sierungsflag gesetzt wird, das mit jeder Abfrage zurückgesetzt wird.

6. Zündverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des Zündvorgangs mittels des Steuerwerks (U8) der Betätigungseingang des Zündschalters (U4) in seinem elektrischen Spannungs- beziehungsweise Potentialniveau verändert wird.

7. Zündverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerwerk (U8) den Zündschalter (U4) innerhalb eines Drehwinkelbereichs der Brennkraftmaschine ansteuert, in welchem die Lade-Wechselspannungen (I-III) induziert werden, wobei unmittelbar nach Beginn des Zündvorganges das Steuerwerk (U8) sein Ansteuersignal wieder abschaltet.

8. Zündverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zündvorgang mittels des Steuerwerks (U8) und/oder einer Schwellwertentscheider-Beschaltung (C4110, R4110) am Betäti­ gungseingang des Zündschalters (U4) zeitlich so gelegt und begrenzt wird, daß das Energiespeicherelement (U3) nicht vollständig entladen und/oder gegebenenfalls von der Ladewechselspannung (I-III) während und/oder nach dem Zünd- beziehungsweise Entladevorgang aufgeladen wird.

9. Anordnung zur Durchführung des Zündverfahrens nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, mit einem Magnetgenerator (P01), der drehzahlab­ hängig Wechselspannungen (I-III) induziert und dabei ein Energiespeichere­ lement (U3) lädt, und mit einem die Wechselspannungen (I, II, III) abtasten­ den, vorzugsweise programmierbaren Steuerwerk (U8) zum Betätigen eines das Energiespeicherelement (U3) über die Primärspule (L2) eines Zündübertragers (U2) entladenden Zündschalters (U4), in welchem Steuer­ werk (U8) ein auf Störungen vom Entlade- und Zündvorgang eingerichtetes Sicherheitsmodul angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sicher­ heitsmodul zur Neuinitialisierung des Steuerwerks ein Rücksetzeingang zu­ geordnet ist, der mit einer vom Steuerwerk (U8) unabhängigen Auslöseein­ richtung (U11) verbunden ist, die zur Ansteuerung beziehungsweise Betäti­ gung durch die Wechselspannungen (I-III), den Zündschalter (U4) und/oder durch den Entladevorgang des Energiespeicherelements (U3) ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöse­ einrichtung (U11) mit einem Impulsformer realisiert ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls­ former eingangsseitig mit einer Spule (L1, L4) verbunden ist, die in Wir­ kungsverbindung mit dem Magnetgenerator (P01) steht.

12. Anordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (U11) mit einem Zeit- und/oder Verzögerungsglied (U12) realisiert oder verbunden ist.

13. Anordnung zum Zünden einer Brennkraftmaschine, nach einem der An­ sprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung mit einem Hochpaß (U 110) gegebenenfalls mit nachgeschaltetem Gleichrichter realisiert ist, und der Hochpaß zum Ausfiltern der induzierten Wechsel­ spannungen (I-III) dimensioniert ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Steuerwerks (U8) und dem Betätigungs­ eingang des Zündschalters (U4) ein Zeitglied (U14), beispielsweise Monoflop, angeordnet ist, das zur Ansteuerung des Zündschalters (U4) für einen Zeitraum ausgelegt ist, der der Entladezeit des Energiespeicherele­ ments (U8) entspricht.

15. Anordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 14 und insbe­ sondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, mit einem Ma­ gnetgenerator (P01), der abhängig von der Maschinen-Drehstellung eine Lade-Wechselspannung (I-III) für ein Energiespeicherelement (U3) indu­ ziert, mit einem die Wechselspannungen (I, II, III) abtastenden Steuerwerk (U8) zum Betätigen eines das Energiespeicherelement (U3) über die Pri­ märspule (L2) eines Zündtransformators (U2) entladenden Zündschalters (U4), und mit einer extern betätigbaren Stoppeinrichtung (U13) zum Unter­ binden der Zündung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppeinrichtung (U13) direkt mit dem Zündschalter (U4) und/oder dem Energiespeicherele­ ment (U3) in Wirkungsverbindung steht und gegebenenfalls das Steuerwerk (U8) aus dem Fehlen des Zündfunkens trotz Ansteuerung auf den "Stop- Zustand" schließt.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Stoppeinrichtung (U13) und der Zündschalter-Betätigungsausgang des Steuerwerks (U8) parallel mit dem Eingang des Zündschalters (U4) verbun­ den sind.

17. Anordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 16, insbesonde­ re zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, 7 oder 8, mit einem Magnetgenerator (P01), der abhängig von der Maschinen-Drehstellung eine Lade-Wechselspannung (I-III) für ein Energiespeicherelement (U3) indu­ ziert, und mit einem die Wechselspannungen (I, II, III) abtastenden Steuer­ werk (U8) zum Betätigen eines das Energiespeicherelement (U3) über die Primärspule (L2) eines Zündtransformators (U2) entladenden Zündschalters (U4), dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungseingang des Zünd­ schalters (U4) über ein Differenzierglied (C4110, C4100) mit dem Entlade­ stromkreis, insbesondere dem Energiespeicherelement (U3) verbunden ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, wobei der Zündschalter (U4) einen Thyristor (THY) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (C4110, C4100) die Anode des Thyristors (THY) mit dessen Betätigungsein­ gang beziehungsweise Gate verbindet.

19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzierglied (C4110) ein oder mehrere Elemente (R4110, R142) zur Begrenzung des Stromes zum Betätigungseingang und/oder zur Entladung eines als Differenzierglied ausgeführten Koppelkondensators (C4110) zu­ geschaltet ist.